CN218659065U - 一种五自由度混联雕刻机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种五自由度混联雕刻机器人，包括机架、滑轨I、滑轨II、定平台、滚珠丝杠、动平台、支链I、支链II、支链III、刀具；机架上部用于安装滑轨I，滑轨I上部设置与滑轨I呈垂直安装的滑轨II，滑轨II下部安装定平台，定平台的三个角分别安装滚珠丝杠，三个滚珠丝杠分别通过支链I、支链II、支链III与动平台三个角连接，在动平台中心连接有雕刻刀具。本实用新型将串联机构与并联机构结合构建了五自由度混联雕刻机器人，能实现混联雕刻机器人动平台输出五自由度的运动，是混联雕刻机器人的延伸和发展，通过五自由度的运动配合雕刻刀具末端的一维转动运动，使得雕刻刀具末端具有六自由度。

Description

一种五自由度混联雕刻机器人

技术领域

本实用新型涉及一种五自由度混联雕刻机器人，属于雕刻机器人技术领域。

背景技术

在零件加工和部件装配领域对工业机器人的需求仍然处于增长趋势。工业机器人在灵活性、工作范围、加工柔性等方面具有明显的优势，随着机器人性能的不断提高，近年来逐渐从传统的搬运、焊接、喷涂等重复性、低精度的应用领域向对精度要求较高的抛光打磨、钻削、铣削、3D打印等制造工艺扩展，并在复杂曲面零件的加工中展现了巨大的潜力，高精度的雕刻机器人对于复杂曲面的雕刻加工尤为重要。

在工业机器人应用领域，雕刻机器人能否实现雕刻精度高、雕刻空间范围大、去除材料比重大等要求对于雕刻机器人领域有着重大影响。串联雕刻机器人有着灵活性好、工作空间大、结构简单、易于控制等优点，但其关节误差累积大，影响雕刻精度；并联机构的强度和刚度较高，具有误差累积小等优点，但其工作空间范围小；因此将并联机构应用于雕刻机器人可以提高雕刻机器人的雕刻精度，再结合传统串联雕刻机器人的特点，在并联机构上加上串联部分可有效增大雕刻机器人的可雕刻范围，高精度和大雕刻空间的雕刻机器人可应用于复杂曲面的雕刻加工。为此，有必要提出混联雕刻机器人。

目前一些资料中也涉及混联雕刻机器人，但是大多数是两维移动一维转动机构，而具有五自由度的混联雕刻机器人却很少见。为了弥补两维移动一维转动混联雕刻机器人在特殊场合应用不足的问题，有必要提出新型混联雕刻机器人，为生产实践提供借鉴和指导。

发明内容

本实用新型提供了一种五自由度混联雕刻机器人，以用于通过三条支链实现混联雕刻机器人动平台输出五自由度的运动。

本实用新型的技术方案是：一种五自由度混联雕刻机器人，包括机架1、滑轨I2、滑轨II3、定平台4、滚珠丝杠9、动平台8、支链I5、支链II6、支链III7、刀具16；机架1上部用于安装滑轨I2，滑轨I2上部设置与滑轨I2呈垂直安装的滑轨II3，滑轨II3下部安装定平台4，定平台4的三个角分别安装滚珠丝杠9，三个滚珠丝杠9分别通过支链I5、支链II6、支链III7与动平台8三个角连接，在动平台8中心连接有雕刻刀具16。

所述滑轨II3通过串联滑轨滑块18与滑轨I2滑动配合实现动平台末端输出X方向移动，定平台4通过并联机构滑块17与滑轨II3滑动配合实现动平台末端输出Y方向移动。

所述支链I5、支链II6、支链III7结构相同，均由移动副11、转动副12、支链连杆13、球副14组成，移动副11与滚珠丝杠9连接，支链连杆13一端与移动副11通过转动副12连接，支链连杆13另一端通过球副14与动平台8连接，每条支链上的移动副11为驱动副，三条支链共同作用传递到动平台末端的合成运动为绕X、Y方向的转动和沿Z方向上的移动。

本实用新型的有益效果是：本实用新型将串联机构与并联机构结合构建了五自由度混联雕刻机器人，能实现混联雕刻机器人动平台输出五自由度的运动，是混联雕刻机器人的延伸和发展，通过五自由度的运动配合雕刻刀具末端的一维转动运动，使得雕刻刀具末端具有六自由度。该混联机器人综合了串联机构工作空间大，运动灵活的特点，又结合了并联机构刚度大、累积误差小的特点，能使雕刻机器人的可雕刻空间范围增大，雕刻精度提高，可用于复杂曲面的雕刻加工，可以为加工制造提供帮助。

附图说明

图1为本实用新型的立体示意图；

图2为本实用新型串联滑轨结构示意图；

图3为本实用新型并联部分结构示意图；

图中：1、机架；2、滑轨I；3、滑轨II；4、支链I；5、定平台；6、支链II；7、支链III；8、动平台；9、滚珠丝杠；10、滚珠丝杠电机；11、移动副；12、转动副；13、支链连杆；14、球副；15、雕刻刀具电机；16、雕刻刀具；17、并联机构滑块；18、串联滑轨滑块。

具体实施方式

实施例1：如图1-3所示，一种五自由度混联雕刻机器人，包括机架1、滑轨I2、滑轨II3、定平台4、滚珠丝杠9、动平台8、支链I5、支链II6、支链III7、刀具16；机架1上部用于安装滑轨I2，滑轨I2上部设置与滑轨I2呈垂直安装的滑轨II3，滑轨II3下部安装定平台4，定平台4的三个角分别安装滚珠丝杠9，三个滚珠丝杠9分别通过支链I5、支链II6、支链III7与动平台8三个角连接，在动平台8中心连接有雕刻刀具16。所述定平台4、动平台8均为三角形形式，定平台4在三角形的三个铰接点处为每个滚珠丝杠搭载滚珠丝杠电机10，在动平台8中心为刀具搭载了一个雕刻刀具电机15，雕刻刀具16能绕竖直方向回转。

可选地，所述滑轨II3通过串联滑轨滑块18与滑轨I2滑动配合实现动平台末端输出X方向移动，定平台4通过并联机构滑块17与滑轨II3滑动配合实现动平台末端输出Y方向移动。

可选地，所述支链I5、支链II6、支链III7结构相同，均由移动副11、转动副12、支链连杆13、球副14组成，移动副11与滚珠丝杠9连接，支链连杆13一端与移动副11通过转动副12连接，支链连杆13另一端通过球副14与动平台8连接，每条支链上的移动副11为驱动副，三条支链共同作用传递到动平台末端的合成运动为绕X、Y方向的转动和沿Z方向上的移动。

进一步地，对本实用新型的空间运动进行具体说明如下：

如图2所示的滑轨I2搭载在机架1的上端，滑轨I、滑轨II均由两条滑轨道组成，使得整个结构更加稳定，载重更多，且两条滑轨相互平行，滑轨I、滑轨II垂直相交放置，通过滑块相连接构成混联雕刻机器人的串联部分，串联滑轨与并联机构相连，因此串联滑轨的运动传递到雕刻机器人末端，能使雕刻机器人末端在二维平面内实现两个方向上的移动，串联滑轨部分的自由度为二。

如图3所示的混联雕刻机器人的并联机构通过滑块连接在滑轨II的下端，并联机构的定平台与动平台均采用三角形形式，在定平台的三个铰接点处分别连接一个滚珠丝杠，并在定平台上端三个铰接点处为每个滚珠丝杠搭载滚珠丝杠电机，定平台和动平台通过三条结构相同的支链相连接，支链一端的移动副与滚珠丝杠螺母相连接，转动副与移动副相连接，另一端通过球副与动平台连接，三条支链传递相同的运动，其中支链的移动副为驱动副，转动副限制了支链连杆沿X、Y方向上的平移运动，因此导致支链传递到动平台上的运动只能使动平台沿着垂直方向上的上下移动，三条支链共同作用下的合成运动传递到动平台上能使动平台完成绕X、Y轴的转动和沿垂直方向的上下平移运动，并联部分的自由度为三。

上述动平台中心连接一个雕刻刀具，并为刀具搭载一个电机，能使雕刻刀具绕竖直方向回转。

上述串联滑轨的自由度为二，并联机构的自由度为三，在串联滑轨的下端通过滑块连接一个并联机构，将两部分机构对雕刻机器人末端的运动相结合，能使该混联雕刻机器人的自由度为五，使雕刻机器人的末端实现在串联滑轨平面内的沿两个方向的移动和在三维空间内沿竖直方向上的移动和绕X、Y轴的转动，在并联机构的基础上增加了串联滑轨的输出运动，使得雕刻机器人的可雕刻空间增大，并联机构的加入相较于传统的串联雕刻机器人减小了机构的累积误差，提高了雕刻机器人的雕刻精度。整个五自由度混联雕刻机器人动平台末端输出的运动为二维平面的移动、三维空间中沿垂直方向上的移动和绕X、Y两个方向的转动，相较于传统的串联雕刻机器人和并联雕刻机器人，该五自由度混联雕刻机器人的雕刻空间范围增大，雕刻精度提高，可适用于复杂曲面的雕刻加工。

上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种五自由度混联雕刻机器人，其特征在于：包括机架(1)、滑轨I(2)、滑轨II(3)、定平台(4)、滚珠丝杠(9)、动平台(8)、支链I(5)、支链II(6)、支链III(7)、刀具(16)；机架(1)上部用于安装滑轨I(2)，滑轨I(2)上部设置与滑轨I(2)呈垂直安装的滑轨II(3)，滑轨II(3)下部安装定平台(4)，定平台(4)的三个角分别安装滚珠丝杠(9)，三个滚珠丝杠(9)分别通过支链I(5)、支链II(6)、支链III(7)与动平台(8)三个角连接，在动平台(8)中心连接有雕刻刀具(16)。

2.根据权利要求1所述的五自由度混联雕刻机器人，其特征在于，所述滑轨II(3)通过串联滑轨滑块(18)与滑轨I(2)滑动配合实现动平台末端输出X方向移动，定平台(4)通过并联机构滑块(17)与滑轨II(3)滑动配合实现动平台末端输出Y方向移动。

3.根据权利要求1所述的五自由度混联雕刻机器人，其特征在于，所述支链I(5)、支链II(6)、支链III(7)结构相同，均由移动副(11)、转动副(12)、支链连杆(13)、球副(14)组成，移动副(11)与滚珠丝杠(9)连接，支链连杆(13)一端与移动副(11)通过转动副(12)连接，支链连杆(13)另一端通过球副(14)与动平台(8)连接，每条支链上的移动副(11)为驱动副，三条支链共同作用传递到动平台末端的合成运动为绕X、Y方向的转动和沿Z方向上的移动。

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